Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Теория горения и взрыва

Электропроводность пламени

Способность пламени проводить электрический ток характеризуется электропроводностью. Согласно закону Ома

(1.64)

где i – плотность тока, А/м2; σ – электропроводность, Ом-1 •м-1; Е – напряженность электрического ноля, В/м.

Электропроводность пламени в электрическом поле определяется движением заряженных частиц под воздействием поля:

(1.65)

где с – концентрация положительных или отрицательных ионов (для однократно ионизованных атомов концентрация положительных ионов равна концентрации электронов, так как пламя в целом электронейтрально); и+ и и- – подвижности положительно заряженного иона и электрона (подвижность ионов – скорость движения ионов вдоль поля, напряженность которого равна 1 В/м); ze – заряд электрона.

Подвижность иона обратно пропорциональна массе иона. Так как масса электрона много меньше массы ионов, то и+ >> и- и электропроводность пламени обусловлена движением электронов под действием приложенного электрического поля. Электропроводность в высокотемпературных газах по теории равна

(1.66)

где т – масса электрона; ν – эффективная частота столкновений электронов со всеми типами частиц, имеющимися в пламени, – атомами, молекулами, ионами и т.д.

Эффективную частоту столкновений можно рассчитать с помощью кинетической теории высокотемпературных газов или определить экспериментально.

Взаимодействие пламени с электромагнитным полем

Пламена вследствие наличия в них заряженных частиц взаимодействуют с электромагнитным полем и влияют на распространение радиоволн. Исследовать взаимодействие пламен с электромагнитным полем начали по двум причинам: во-первых, струя продуктов сгорания, вытекающая из сопла ракетного двигателя, влияет на распространение радиоволн, используемых для связи с летательным аппаратом, во-вторых, взаимодействие пламени с электромагнитным полем даст возможность определять концентрацию и частоту столкновений электронов, а также электропроводность пламени.

Пламя может поглощать, отражать и преломлять электромагнитные волны. Влияние пламени на распространение электромагнитных волн зависит от соотношения между частотой падающей электромагнитной волны f и плазменной, или ленгмюровской, частотой f0. Рассмотрим, в чем заключается физический смысл плазменной частоты.

Как известно, плазма представляет собой смесь заряженных положительно и отрицательно частиц (ионов и электронов). В целом плазма электрически нейтральна, т.е. суммарный заряд ионов нейтрализует заряд электронов.

В результате флуктуации в плазме (в частности, в плазме пламени) возможно разделение зарядов, т.е. пламя можно представить в виде конденсатора с некоторым зарядом из-за смещения электронов к одной из поверхностей, ограничива-

тощих данный объем. Конденсатор характеризуется емкостью, разностью потенциалов между обкладками и электрическим полем. Электрическое поле конденсатора будет действовать на электроны с определенной силой, в результате чего электроны переместятся на противоположную поверхность объема. Произойдет перезарядка конденсатора. Далее процесс повторится и будет аналогичен колебательному процессу маятника. При возмущении (вследствие флуктуации) квазинейтральной плазмы выведенные из состояния равновесия электроны должны начать колебания с частотой

(1.67)

где f0 – число колебаний в секунду; се- – концентрация электронов.

Согласно классической электродинамике, электромагнитные волны могут распространяться в плазме пламени в случае, если их частота выше плазменной. Волны, частота которых ниже плазменной, будут отражаться от границы пламени. Таким образом, для данной концентрации электронов существует некоторая пороговая частота электромагнитных волн, равная плазменной частоте , и наоборот, для волн данной частоты существует предельная концентрация электронов. Если концентрация электронов в пламени ниже предельной, то волна проходит сквозь него. При этом происходит частичное затухание и сдвиг фазы волны. Причем затухание и сдвиг фазы зависят от концентрации и частоты столкновений электронов, а также от частоты падающей волны. Если концентрация выше предельной, то волна отражается от границы пламени. На этом явлении основаны микроволновые методы определения концентрации электронов. Таким образом, проведенный анализ показывает, что поглощение и отражение электромагнитных волн, так же как электроводность пламени, зависят прежде всего от концентрации свободных электронов в пламени и эффективной частоты столкновений электронов.

Учитывая рассмотренные в этом параграфе механизмы и закономерности процессов ионизации, рекомбинации и образования отрицательных ионов, можно регулировать концентрацию электронов в пламени, а следовательно, электропроводность продуктов сгорания, а также характер взаимодействия пламен с электромагнитным полем.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы